[發(fā)明專利]一種鐵路粗粒土填料振動(dòng)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010940647.8
• 申請(qǐng)日: 2020-09-09
• 公開（公告）號(hào): CN112067500B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉陽(yáng)升;蔡德鉤;堯俊凱;閆宏業(yè);魏少偉;張千里;陳鋒;姚建平;朱宏偉;楊國(guó)濤;劉俊飛;馬明正;王鵬程;郭瀏卉;李竹慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所;北京鐵科特種工程技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01N9/36
• 分類號(hào): G01N9/36;G01N29/04
• 代理公司: 北京中創(chuàng)云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

1.一種鐵路粗粒土填料振動(dòng)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括支撐框架、升降裝置、振動(dòng)單元、振實(shí)壓頭以及底座試模；

所述振動(dòng)單元能夠沿所述支撐框架內(nèi)部移動(dòng)，并產(chǎn)生豎向激振力由振實(shí)壓頭傳遞至粗粒土填料試樣；

所述升降裝置能夠帶動(dòng)所述振動(dòng)單元向上移動(dòng)以拆裝粗粒土填料試樣，并在所述振動(dòng)單元向下降過程中不對(duì)所述振動(dòng)單元進(jìn)行豎直方向限位；

所述底座試模放置在所述振實(shí)壓頭下方，用于裝載粗粒土填料試樣；

所述振動(dòng)單元包括控制單元、振動(dòng)電機(jī)和兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置在所述振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下部的偏心塊，所述振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)偏心塊同步反向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生垂直分力加載至所述振實(shí)壓頭，所述控制單元改變激振力和激振頻率，實(shí)驗(yàn)不同激振力和頻率下的土體振動(dòng)壓實(shí)特性；

振動(dòng)壓頭上設(shè)置加速度傳感器；采集加速度并發(fā)送給所述控制單元，試驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)所述控制單元內(nèi)存儲(chǔ)的加速度獲取加速度頻譜，根據(jù)加速度頻譜隨壓實(shí)過程的變化獲取壓實(shí)不同階段的加速度頻譜特征。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路粗粒土填料振動(dòng)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，支撐框架底座上設(shè)置位移傳感器，監(jiān)測(cè)壓實(shí)過程中所述振實(shí)壓頭的下降距離△s。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路粗粒土填料振動(dòng)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，還包括位移測(cè)試單元，所述位移測(cè)試單元接收所述位移傳感器采集的下降距離△s，并連續(xù)計(jì)算壓實(shí)過程中的粗粒土填料密度ρ的數(shù)值：

ρ=m₀/[（h_d-h-△s）*πr²]

其中h_d為開始?jí)簩?shí)前粗粒土填料試樣初始的高度，h為底座試模的高度，r為圓筒形底座試模的底面半徑，m₀為粗粒土填料試樣的總質(zhì)量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐵路粗粒土填料振動(dòng)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，通過調(diào)整兩個(gè)偏心塊的質(zhì)量和/或振動(dòng)電機(jī)的激振頻率以調(diào)整豎向激振力P的大小，豎向激振力P滿足：

P= W+Fsinωt

其中W為振動(dòng)壓實(shí)儀激振部自重，F(xiàn)為離心激振力幅值，m表示兩個(gè)偏心塊的總質(zhì)量，為振動(dòng)電機(jī)的角速度，為振動(dòng)電機(jī)的激振頻率，為偏心塊的偏心距。

5.一種利用權(quán)利要求1-4之一所述的鐵路粗粒土填料振動(dòng)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行壓實(shí)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括：

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的填料類型制備粗粒土填料試樣；進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)，記錄填料干密度隨振動(dòng)時(shí)間的變化情況以及底座試模內(nèi)不同高度的加速度隨振動(dòng)時(shí)間的變化情況；

獲取加速度頻譜、加速度幅值，建立填料干密度的變化與加速度頻譜諧波、加速度幅值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

在實(shí)際壓路機(jī)路基填筑施工過程中，監(jiān)測(cè)壓路機(jī)滾輪振動(dòng)軸上加速度，獲得加速度頻譜和幅值；根據(jù)所述填料振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)獲得的干密度的變化與加速度頻譜諧波之間的關(guān)系和加速度幅值與填料干密度的變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，判斷現(xiàn)場(chǎng)填料壓實(shí)度的變化。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的進(jìn)行壓實(shí)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述對(duì)應(yīng)關(guān)系包括記錄出現(xiàn)的各次諧波次數(shù)、諧波幅值、諧波頻率特征對(duì)應(yīng)干密度值；在實(shí)際壓路機(jī)施工過程中，根據(jù)加速度頻譜中諧波特征判斷填料壓實(shí)度。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的進(jìn)行壓實(shí)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，進(jìn)行壓實(shí)實(shí)驗(yàn)前還包括通過調(diào)整兩個(gè)偏心塊的質(zhì)量和振動(dòng)電機(jī)的激振頻率調(diào)整豎向激振力P的大小獲得最大干密度，記錄獲得最大干密度的速度最快時(shí)的兩個(gè)偏心塊的質(zhì)量作為最佳偏心塊質(zhì)量，振動(dòng)電機(jī)的激振頻率作為最優(yōu)振動(dòng)頻率；以最佳偏心塊質(zhì)量和最優(yōu)振動(dòng)頻率設(shè)置所述振動(dòng)單元；豎向激振力P滿足：

P= W+Fsinωt

其中W為振動(dòng)壓實(shí)儀激振部自重，F(xiàn)為離心激振力幅值，m表示兩個(gè)偏心塊的總質(zhì)量，為振動(dòng)電機(jī)的角速度，為振動(dòng)電機(jī)的激振頻率，為偏心塊的偏心距。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的進(jìn)行壓實(shí)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，建立壓實(shí)時(shí)間和干密度變化關(guān)系，得到該粗粒土填料振動(dòng)壓實(shí)過程中達(dá)到最大干密度的總時(shí)間，根據(jù)所述總時(shí)間設(shè)置實(shí)際壓路機(jī)碾壓遍數(shù)和碾壓速度；根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得最優(yōu)振動(dòng)頻率和最佳偏心塊質(zhì)量設(shè)置實(shí)際壓路機(jī)的頻率和激振振幅。